BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Etanol merupakan salah satu bahan kimia penting karena memiliki manfaat sangat luas antara lain sebagai pelarut, bahan bakar cair, bahan desinfektan, bahan baku industri, dan sebagainya. Dalam pemanfaatannya seringkali dibutuhkan etanol dengan kemurnian tinggi. Untuk memperoleh etanol dengan kemurnian tinggi, biasanya digunakan proses distilasi. Namun distilasi ini hanya mampu menghasilkan etanol dengan kemurnian tidak lebih dari 95,6 %. Pada konsentrasi tersebut akan terbentuk azeotrop sehingga jika didistilasi lebih lanjut tidak akan menghasilkan etanol dengan konsentrasi lebih tinggi lagi (Nasrun, 2005). Agar menghasilkan etanol absolut perlu pemurnian lebih lanjut seperti extractive distillation, azeotroph distillation, ion exchange resin, dan distilasi dengan penambahan garam (Widodo, dkk., 2004). Extractive distillation (distilasiekstraksi) memerlukan penambahan benzena dalam sistem azeotrop etanol-air sehingga diperoleh azeotrop benzena-air. Lalu sistem benzena-air dan etanol didistilasi sehingga diperoleh etanol sebagai distilat. Namun etanol yang diperoleh mengandung sedikit benzena. Hal ini berbahaya bila etanol digunakan dalam industri farmasi dan kosmetika di samping benzena juga merupakan bahan kimia yang mahal. Oleh karena itu perlu mencari alternatif yang lebih murah dan aman. Salah satu alternatif adalah proses membran yaitu pemisahan secara pervaporasi. Pervaporasi memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan distilasi, antara lain dapat memisahkan campuran azeotrop dan tidak membutuhkan aditif serta energi yang diperlukan relatif rendah (Nasrun, 2005). Pada pervaporasi etanol-air, membran yang digunakan harus bersifat hidrofilik dan selektif. Saat ini membran zeolit banyak digunakan untuk pervaporasi etanolair karena sifat hidrofilisitas dan daya tahannya yang baik (Ani, 2007). Penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa membran CA/zeolit dapat digunakan sebagai membran pada proses pervaporasi campuran etanol-air dengan unjuk kerja yang baik (Permata, 2009). Pervaporasi etanol-air dengan membran zeolit MFI telah
dilakukan dengan perolehan faktor pemisahannya 20 pada 373 K sampai 40 pada 348 K. Membran zeolit MFI tersebut adalah membran yang berasal dari zeolit komersial yang tinggi dengan kadar Si di mana sebelumnya telah mengalami kalsinasi pada 773 K (Kuhn, et al., 2009). Keberhasilan pemisahan secara pervaporasi ditentukan oleh selektifitas membran. Hasil yang diharapkan adalah selektifitas tinggi dan fluks yang tidak terlalu rendah. Fluks permeasi dan selektifitas membran yang baik dipengaruhi oleh sifat-sifat membran yang digunakan. Oleh karena itu, untuk memperoleh sifat membran yang menghasilkan fluks dan selektifitas yang baik perlu dilakukan penelitian dengan memodifikasi material membran yang digunakan pada pervaporasi. Selulosa asetat telah digunakan secara luas dalam industri tekstil dan polimer (Cao, et al., 2006). Salah satu derivat selulosa yang dapat digunakan dalam industri adalah selulosa asetat yang dapat digunakan untuk produksi membran untuk proses pemisahan seperti reverse osmosis, hemodialisis, dan pemurnian bahan baku obat-obatan (Meireles, et al., 2008). Membran selulosa asetat mudah mengalami pembengkakan (swelling) karena selulosa asetat mudah terdispersi ke dalam penetran. Saat ini pengembangan membran komposit selulosa asetat untuk aplikasi proses membran dengan gaya dorong tekanan mulai dirintis (Terrazas, et al., 2005). Selulosa adalah serat alami sempurna yang memiliki sifat mekanik lebih bagus dibandingkan dua komponen utama lainnya (Moran, et al., 2008). Filem selulosa diasetat diperolah dengan moulding campuran tetrakloroetana dan asam asetat dengan rasio 1 : 2 (Belokurova, et al., 2007). Bila zeolit ditambahkan terhadap polimer selulosa asetat maka zeolit akan terdispersi ke dalam polimer selulosa asetat sehingga struktur selulosa asetat akan berubah. Zeolit bersifat polar sehingga cenderung menyerap senyawa-senyawa polar seperti air dan etanol (Nasrun, 2005). Hasil percobaan menunjukkan bahwa penambahan zeolit alam Malang ke dalam membran selulosa asetat (CA) dapat meningkatkan fluks sebesar 1,35 1,4 kali dan selektifitas sebesar 3,5 8,2 kali dibandingkan dengan membran CA homogen (Permata, 2009). Membran zeolit jenis silicalite-1 telah dibuat dengan metoda hidrotermal dan digunakan sebagai membran reaktor dan telah berhasil mengkonversikan
toluen (Teng, et al., 2011). Membran zeolit dengan kadar silika tinggi yang dikalsinasi telah dibuat dalam skala industri untuk aplikasi dehidrasi larutan N- methyl pyrrolidone (NMP) dengan pervaporasi dimana zeolit yang digunakan dengan rasio Si/Al = 8. Hasilnya menunjukkan bahwa membran zeolit dengan kadar silika tinggi dapat diaplikasikan pada dehidrasi larutan NMP dengan kadar air tinggi dalam umpan (Sato, et al., 2012). Membran silika hidrophobik telah dibuat di atas suatu pendukung alumina berpori dengan lapisan dalam γ-alumina dengan metoda sol gel menggunakan tetraethoxysilane dan phenyltriethoxysilane Membran tersebut digunakan untuk recovery senyawa-senyawa organik dengan pervaporasi (Araki, et al., 2011). Berdasarkan beberapa penelitian tersebut maka penelitian ini akan diteliti hal sebaliknya di mana digunakan zeolit alam dengan rasio Si/Al yang rendah yang bersifat hidrofilik. Di sisi lain, provinsi Aceh merupakan suatu daerah yang kaya akan hasil tambang. Salah satu kekayaan Aceh yang belum digali adalah zeolit. Daerah Aceh yang menunjukkan adanya kandungan zeolit yang tersebar di beberapa daerah diantaranya Aceh Barat, Tapak Tuan (Aceh Selatan), Ujong Pancu (Aceh Besar) di mana masing-masing memiliki deposit sekitar 400.000 m 3 yang memiliki kandungan rata-rata rasio Si/Al = 1,5-3 dengan jenis zeolit faujasit. Ukuran pori zeolit alam jenis faujasit adalah 7,4 Å (lihat tabel 2.2) sehingga molekul air dan etanol (2,8 dan 4,5 Å) dapat melintasinya. Namun demikian karena sifat kepolaran zeolit maka molekul yang lebih polar akan lebih mudah melintasinya (air lebih polar daripada etanol). Umumnya zeolit alam yang berada di dataran Aceh tersebut belum dimanfaatkan secara optimum, khususnya dalam pemanfaatannya untuk pembuatan membran. Oleh karena itu peneliti ingin meneliti pemanfaatan zeolit Aceh yang berguna dalam peningkatan performansi membran selulosa asetat pada pemisahan campuran etanol-air secara pervaporasi. Diharapkan hasil penelitian ini dapat memperkaya khasanah pengetahuan kimia mengenai zeolit yang berada di Aceh untuk pembuatan membran. 1.2 Permasalahan
Unjuk kerja keberhasilan proses pemisahan secara pervaporasi adalah fluks dan selektifitas pemisahan. Faktor pemilihan dan pembuatan membran perlu diperhatikan agar diperoleh unjuk kerja optimum. Membran yang digunakan pada pemisahan campuran etanol-air harus memiliki sifat afinitas terhadap air (hidrofilik) dan selektifitas serta permeabilitas tinggi. Salah satu membran polimer yang baik untuk pemisahan campuran etanol-air adalah selulosa asetat. Selulosa asetat memiliki sifat hidrofilik sehingga selektif terhadap air. Sifat hidrofilik disebabkan adanya gugus aktif OH yang akan berinteraksi dengan molekul air melalui ikatan hidrogen. Membran selulosa asetat mudah mengalami pembengkakan (swelling) karena selulosa asetat mudah terdispersi ke dalam penetran. Swelling yang berlebihan akan mengurangi selektifitas membran terhadap air sehingga perlu dilakukan modifikasi membran agar dapat menaikkan laju perpindahan selektif terhadap air. Zeolit bersifat polar sehingga dapat dijadikan adsorben dimana molekul-molekul polar diserap lebih kuat dari pada molekul-molekul non-polar. Dalam penelitian ini akan dilakukan modifikasi membran selulosa asetat dengan penambahan zeolit alam Ujong Pancu, Kebupaten Aceh Besar di mana dengan rasio Si/Al yang rendah diharapkan lebih mudah dibentuk sebagai pengisi membran sehingga dapat meningkatkan performansi membran. Oleh karena itu, yang menjadi permasalahannya adalah: 1. Apakah zeolit alam Ujong Pancu yang ditambahkan ke dalam membran selulosa asetat dapat meningkatkan performansi membran. 2. Berapakah komposisi optimum zeolit alam Ujong Pancu yang ditambahkan terhadap selulosa asetat sehingga dapat meningkatkan performansi membran. 3. Bagaimanakah kestabilan membran yang diperoleh, baik terhadap performansinya maupun terhadap ketahanan fisik dan mekaniknya.
1.3 Hipotesis 1. Zeolit alam Ujong Pancu yang ditambahkan ke dalam membran selulosa asetat dapat meningkatkan performansi membran karena sifat selektivitas yang dimilikinya. 2. Membran yang diperoleh setelah ditambahkan dengan zeolit akan mempunyai kestabilan yang relatif baik terhadap performansinya dan terhadap ketahanan fisik dan mekaniknya karena sifat-sifat fisika dan kimia yang dimiliki zeolit. 1.4 Tujuan Penelitian Berdasarkan latar belakang dan permasalahan yang telah dipaparkan maka penelitian ini mempunyai tujuan umum untuk mempelajari pengaruh modifikasi membran selulosa asetat dengan penambahan zeolit alam Ujong Pancu terhadap unjuk kerja membran (fluks permeasi dan selektifitas membran) pada pemisahan campuran etanol-air secara pervaporasi dan tujuan khususnya untuk mempelajari pengaruh komposisi zeolit dalam membran terhadap fluks permeasi dan selektifitas membran serta mendapatkan komposisi optimumnya. 1.5 Manfaat Penelitian Adapun manfaat penelitian ini antara lain adalah dapat menghasilkan material baru dalam teknologi membran dengan memanfaatkan sumber daya alam Aceh pada umumnya dan Ujong Pancu, Kabupaten Aceh Besar pada khususnya.